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물질수지 분석을 통한 삼척탄전의 CO₂ 저장 능력 평가
박혜리(Hyeri Park),이승윤(Seungyun Lee),김윤호(Yoonhoh Kim),장호창(Hochang Jang) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
화석연료를 대체할 청정에너지로 수소에너지가 떠오르고 있다. 수소는 물을 수전해하거나 메탄이 주성분인 천연가스를 개질해 생산할 수 있으며, 기술적 환경을 고려했을때 천연가스를 고온·고압 수증기와 반응시켜 개질수소를 확보하는 것이 현실적이다. 수소 개질 과정에서 탄소는 산소와 결합해 일산화탄소나 이산화탄소가 발생되며, 대규모의 수소 생산으로 이어질 경우 탄소에 대한 처리가 필요하다. 본 연구에서는 수소 생산에 따라 이산화탄소의 발생이 증가할 것으로 예상되는 삼척시의 이산화탄소 처분을 위해 삼척탄전 일대의 석탄층을 대상으로 CO₂ 저장 능력 평가를 수행하였다. 삼척탄전은 2016년 기준 약 4억 5천만톤의 무연탄이 매장된 국내 최대 규모의 탄전으로 페름기 장성층과 석탄기 금천층이 주탄층이다. 삼척탄전은 함백산 대단층을 경계로 동부와 서부로 구분되며, 탄전동부(도계, 장성, 경동 광업소 등)에 위치한 탄층이 상대적으로 연결성이 좋다. CO₂ 저장량 계산에는 부피법(volumetric method)과 물질수지 분석법(material balance method)을 사용했으며, 석탄층 가스 능력 평가의 주요 변수인, 면적, 탄층두께, 랭뮤어상수, 함수율, 회분율, 온도, 압력, 유효공극률을 광업소 별로 조사하고 물성 분포와 지층 특성을 고려하여 확률분포를 선정했다. 또한, 각 물성이 가지고 있는 불확실성을 고려한 CO₂ 저장량을 계산하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하고 광업소 별로 확률분포함수(PDF), 누적밀도함수(CDF), 대표값을 도출했다. CO₂ 저장량은 모든 광업소에서 물질수지 분석법으로 계산한 값이 더 낮게 산출되었으며, 이는 석탄층 내에서 압력이나 온도 조건에 따라 주입 가능한 양을 의미하기 때문에 보다 실제 저장 능력에 가까운 값으로 해석된다. CO₂ 저장량은 탄층 규모와 랭뮤어 상수에 기인함을 확인하였으며, 총 저장 가능량 대비 주입할 수 있는 양은 석탄층의 압력이나 심도에 큰 영향을 받을 것으로 판단된다.